etrenjit-nedir

Okuma Süresi 2dk 15sn.

Paylaş:

Etrenjit Nedir? Neden oluşur? Nasıl Önlenir?

Etrenjit, yüksek bir mineral sülfat kalsiyum sülfoalüminat içeriğine sahiptir.  Doğal olarak oluşur veya harç ve betonda sülfat etkisi ile oluşur. Etrenjit genellikle sahip olduğu biyokütle ile betonun basınç dayanımını artıran bir yapıdır. Deniz suyu ve sülfat çözeltilerinde betonun parçalanması etrenjit oluşumundan kaynaklanmaktadır. Genişleyen sülfat saldırısının oluşturduğu ana reaksiyon ürünüdür. Bu yazıda etrenjit nasıl oluşur, betonda yararları ve zararları nedir bunlara değineceğiz.

Etrenjit Nedir?

Etrenjit, Portland çimentosu betonlarında bulunan kalsiyum sülfoalüminatın

(3CaO•Al2O3 •3CaSO4 •32H2O) mineral adıdır. Temel olarak trikalsiyum alüminat (C3A) ile priz geciktirici (alçıtaşı) arasındaki hidrasyon reaksiyonunun ürünüdür. Alçıtaşı gibi kalsiyum sülfat kaynakları erken hidratasyon reaksiyonlarını düzenleyerek flaş sertleşmeyi önlemek, mukavemet gelişimini iyileştirmek ve kuruma büzülmesini azaltmak için portland çimentosuna kasıtlı olarak eklenir. Alçı ve diğer sülfat bileşikleri, suyla karıştırıldıktan sonraki ilk birkaç saat içerisinde çimentodaki kalsiyum alüminat ile etrenjit oluşturmak üzere reaksiyona girer. Etrenjit morfolojisi; su/çimento oranına, oluştuğu boşluk boyutuna ve yapısına, sülfat konsantrasyonuna, oluşum zamanına ve yaşına, ortam  sıcaklığı ve nem durumuna bağlıdır.

etrenjit-nedir-neden-olur

Şekil 1. Taramalı Elektron Mikroskobundan Bakıldığında Çimento Hamurunda Oluşan Etrenjit Görüntüsü

Farklı morfolojik formlara sahip etrenjit kristalleri yer almaktadır. Etrenjit oluştuğu koşullara ve koşullara bağlı olarak avantaj ve dezavantajlara sahiptir. Sülfat ve kalsiyum alüminat arasındaki reaksiyonun bir ürünüdür. Genişleyen bir bileşiktir ve hacimce (daha küçük yoğunlukta) oluşturan kimyasallardan daha büyüktür. Etrenjit oluşumu, yoğun sülfat saldırısına maruz kalan betonun aşırı genleşmesi, çatlaması ve hatta tamamen parçalanmasının nedeni olarak kabul edilmiştir.

etrenjit-nedir-nasil-onlenir

Şekil 2. Farklı Morfolojik Formlara Sahip Etrenjit Kristallerinin Taramalı Elektron Mikroskop Görüntüsü (Tosun, 2007)

Betonda Etrenjit Nasıl Oluşur?

Etrenjit, çimento hidratasyonu sırasında oluşan en erken fazlardan biridir. İlk aşama, sudaki sülfatın kalsiyum sülfata yani alçıya dönüşmesi ve bu alçının hidrate olarak beton boşluklarında genleşmesi ve betona zarar vermesidir. Ancak bu hasar ihmal edilebilir düzeydedir. İkinci aşamada ise alçıtaşı çimentonun trikalsiyum aluminat hidratı ile kimyasal reaksiyona girer ve kalsiyum monosülfoaluminata dönüşür. Ortamda SO3 , su ve kirecin varlığı ile bu monosülfoaluminat 32 molekül su içeren, büyük hacme sahip olan ve betonu çatlatıp döken kalsiyum trisülfoaluminat hidrateyi oluşturur. Etrenjitin bu zararlı etkisi sülfat etkisi olarak adlandırılır.

Aşağıda sülfat etkisinin oluşumundaki kimyasal aşamalar gösterilmiştir.

etrenjit-nedir-nasil-olusur

Şekil 3. Sülfat Etkisinin Oluşumundaki Kimyasal Aşamalar

Sertleşmiş betonun sülfatlı sularla etkileşmesi sonucunda oluşan etrenjit; betonların prizi sırasında da oluşur. Prizin ayarlanması bakımından gerekli bir üründür. Çimentonun kontrollü bir biçimde priz alması için üretim sırasında klinkere alçı katılması zorunludur. Burada amaç; çimento hamurunda çok hızlı priz alan 3CaO.Al2O3 ün yüzeyine çökelecek etrenjitin oluşmasını sağlamaktır. Priz sırasında sıvı kıvamda olan beton, bu etrenjitten zarar görmez. Yüksek sıcaklıkta etrenjit çok kararsız bir ürün olduğundan betonun dayanıklılığını etkiler. Betonun sert ortam koşullarına maruz kalması betonun pH'ını düşürür. Bunun sonucunda da beton yapıya korozyon ve klorür saldırısı olur. Bu da beton yapının hizmet ömrünün azalmasına sebebiyet verir.

Etrenjit Oluşumunda Sülfat Etkisi Nedir?

Sülfat saldırısı genellikle sülfat iyonlarının kalsiyum hidroksit ve kalsiyum alüminat hidrat ile alçı ve etrenjit oluşturmak üzere reaksiyona girmesine bağlanır. Etrenjit oluşumu katı hacminde bir artışa yol açar. Bu da özellikle kısıtlandığında; genleşme, çatlama ve kütle kaybına neden olur. Gerek doğal sularda gerekse atık sularda çeşitli sülfatlar az veya çok miktarlarda bulunurlar. Özellikle yeraltı sularında sülfat iyonlarının miktarı çok fazla olabilir. Bazı zeminlerde de zararlı olabilecek miktarlarda sülfat iyonu bulunur. Bu sülfat iyonları betona nüfuz ederek burada çimentonun hidratasyonuyla elde edilen kalsiyum hidroksit (CH) ve kalsiyum alüminat hidratlarla (C-A-H) reaksiyona girerek, sırasıyla alçı ve etrenjit oluştururlar. Bu ürünlerin her ikisi de betonda genleşmelere, dolayısıyla çatlama ve bozulmalara yol açar.

etrenjit-nedir-neden-meydana-gelir

Resim 1. Beton Sülfat Saldırısı

Yukarıda bahsedilen durumların dışında, dışarıdan sülfat  girişi  olmaksızın, sertleşmiş  betonda  zaman  içinde  etrenjit  oluşumu  meydana  gelebilir.  Bu durum gecikmiş etrenjit oluşumu (GEO) olarak adlandırılmaktadır.

Gecikmiş Etrenjit Oluşumu Nedir?

  • Genel olarak içsel sülfat etkisi olarak kabul edilir.
  • Hidratasyonun erken evresinde yüksek sıcaklığa maruz kalmış betonlarda ya da kütle betonlarında görülür.
  • Etrenjit 70 ⁰C sıcaklıkta monosülfoaluminata dönüşür. Ortaya çıkan bir kısım alumina ile sülfat iyonları C-S-H jelinde ve gözenek suyunda kendine yer bulur. Beton normal sıcaklığa geldiğinde kalsiyum, hidroksil ve sülfat iyonları tekrar açığa çıkarak yeniden etrenjit oluştururlar. Bu işlem birkaç haftayla birkaç yıl arasında meydana gelebilir.

Etrenjit Oluşumu Nasıl Engellenir?

Sülfat etkisiyle oluşan etrenjiti engellemenin yolu dışarıdan sülfat girişini engellemektir. Sülfat etkisinin azaltılması için iki önlem türü bulunur. Bunlardan birincisi; çimentodaki C3A miktarının azaltılmasıdır. İkincisi ise çimento hidratasyonu sonucunda oluşan CH’ın çeşitli mineral katkılar içeren çimentolar kullanılarak azaltılmasıdır. Birinci tür önlem, sülfata dayanıklı çimento (SDÇ) kullanılması anlamına da gelmektedir. Bu çimentoların C3A miktarı en çok % 5, C3A+C4AF miktarı ise en çok % 25’tir. Diğer özelikleri bakımından normal Portland çimentoları gibidirler. İkinci tür önlem ise, çeşitli puzzolanlar ve granüle yüksek fırın cürufunun betonda kullanılmasıdır.

Etrenjit Oluşum Koşullarının Üçlü Sistem Performansına Etkisi Nedir?

Günümüzde yapı kimyasalları sektöründe doğan farklı ihtiyaçlar için (yüksek sıcaklık, erken mukavemet, hızlı priz, çatlaksız yapı vb.) farklı çözümler sunma gerekliliği vardır. Bu sebeple sadece normal Portland çimentosu ile karışımlar hazırlamak yerine; portland çimentosu (PÇ), kalsiyum alüminat çimentosu (CAC) ve kalsiyum sülfatın farklı oranlarda birleşimiyle üçlü sistemler oluşturulmaktadır. Bu sistemdeki karışım oranları ihtiyaca göre yenilenmektedir. Kalsiyum Alüminat Çimentosu hakkında daha fazla bilgi için tıklayın.

etrenjit-nedir-alinacak-onlemler-nelerdir

Şekil 4. Üçlü Sistem Şeması

Üçlü sistem diyagramında üçgen içerisinde yer alan noktalar hangi köşeye daha yakınsa kompozisyon ve karakteristik özellik olarak o maddeye yakınsar. Bu karışımlar üçlü sistemde yer aldıkları noktaya göre mekanik ve kimyasal özellik kazanır. Bu bağlayıcıların içinde çok çeşitli elementler bulunmasına rağmen hidratasyon reaksiyonları çözelti içerisindeki alüminyum sülfat ve kalsiyum varlığında oluşan etrenjitlere göre şekillenir. Etrenjit oluşumunun kontrolünün; donma kinetiği, kristal büyüklükleri, mukavemet özellikleri üstünde doğrudan etkisi vardır. Dolayısıyla, istenilen değerlere ulaşılması için etrenjitin kontrolü gereklidir.

Neden Etrenjit Oluşumuna Dikkat Etmelisiniz?

Etrenjit oluşumu priz süreleri ve işlenebilirlik ile çok yakın ilişkili olduğu için optimizasyonun oluşum hızına ve miktarına göre yapılması çok önemlidir. Harç performansını yükseltmek için en özenle irdelenmesi gereken parametrelerin Alçı/Kalsiyum Alüminat Çimento oranı ve Portland çimento miktarı olduğu anlaşılmaktadır. Normal Portland çimento-Kalsiyum Alüminat Çimento karışımlarında erken etrenjit oluşumu erken priz ve erken dayanım sağlar. Farklı oranlarda bağlayıcı kullanımı, harç kullanım alanlarını da arttırmaktadır. Ayrıca; hızlı priz, hızlı dayanım, hızlı kuruma ve nihai dayanım parametrelerinin de ayarlanabilmesini sağlamaktadır.

Kullanılan Kaynaklar:

  • Jindong, Z. J. (2006). The mechanism of the formation and transformation of ettringite. Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed.
  • K., M. P. (2009). Scaning Electron Micrographic Studies of Ettringite Formation. Cement and Concrete Research.
  • Tosun, K., 2007, Farklı çimento tiplerinin gecikmiş etrenjit oluşumu üzerindeki etkileri, Doktora tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi.

Gri Çimento Bölümünden Seçtiklerimiz

Rötre Nedir? Betonda Rötre Çatlağı Nasıl Oluşur?

Beton içerisindeki suyun fiziksel veya kimyasal nedenlerle azalması sonucunda beton boyunda ve hacminde küçülme olmasına “rötre”...

Beton Dökümü: Dikkat Edilmesi Gerekenler

Beton dökümü öncesi, sırası ve sonrasında dikkat edilmesi gereken teknik hususlar vardır. Beton dökümünün doğru yapılması betonu...